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中国科学家首次实验验证量子?#23478;?#26925;球
2019-02-27 科技日报

  记者从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队李传锋、黄运锋研究组与澳大利亚研究者合作,首次实验验证了量子?#23478;?#26925;球,并检验了其体积单配性。研究成果近日发表在国际物理学期刊《物理评论快报》上。

  量子?#23478;?#30340;概念最早由薛定谔提出,描述的是两个观测者艾丽丝(Alice)和鲍勃(Bob)共享一个量子纠缠态时,艾丽丝对其量子比特做测量可以将鲍勃的量子比特制备到任意想要的量子态上。量子非局域性是量子系统独有的特性,而量子?#23478;?#21017;是目前被广泛研究的一类量子非局域性。

  在共享的量子态不理想或多方共享量子态的情况下,艾丽丝不能将鲍勃的系统?#23478;?#21040;任意的量子态上。此时艾丽丝所能?#23478;?#40077;勃的量子态的集合在Bloch表示下将构成一个椭球。通常单比特量子态可以可视化地表示为Bloch球中的一个矢量,而量子?#23478;?#26925;球则为两比特量子态提供了一个简单的可视化表示方法。在多方共享量子态的情况下,量子?#23478;?#26925;球具有体积单配性。

  科研人员通过巧妙设计实验光路,在光学系统中制备出参数可调的三比特量子纠缠态,制备出的不同类型的纠缠态是验证量子?#23478;?#26925;球及检验其体积单配性的理想?#25945;ā?#30740;究组还利用光子的偏振和路径自由度制备出了高纯度高计数?#23454;?#19977;比特纠缠纯态,实验验证了纠缠纯态的?#23478;?#26925;球体积的单配性。此外,研究组进一步实验证实纯态的体积单配关系对混态不再?#35270;謾?/p>

  由于椭球的体积不依赖于参考系的选择,所以该成果不仅?#30001;?#20102;人们对量子?#23478;?#36825;一非局域性的理解,也为量子?#23478;?#26925;球作为一种参考系无关的量子关联诊断工具打下重要基础。

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